顧占柱

（國(guó)家新聞出版廣電總局五五四臺(tái)，河南鄭州 450100）

DX600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

顧占柱

（國(guó)家新聞出版廣電總局五五四臺(tái)，河南鄭州 450100）

DX發(fā)射機(jī)是美國(guó)哈里斯（Harris Broadcast Division）公司生產(chǎn)的全固態(tài)數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)，它采用哈里斯公司擁有專(zhuān)利的數(shù)字幅度調(diào)制技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定。五五四臺(tái)DX-600水冷式中波發(fā)射機(jī)還沒(méi)有達(dá)到“有人留守，無(wú)人值班”自動(dòng)化管理模式，值班員仍然靠手動(dòng)進(jìn)行開(kāi)/關(guān)機(jī)和升/降功率操作，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，容易造成人為停播、多播責(zé)任性事故。為解決這個(gè)問(wèn)題，基于DX-600全固態(tài)水冷式數(shù)字調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)DX-600中波發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，力求安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便，采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測(cè)，符合DX-600中波發(fā)射機(jī)自動(dòng)化要求，減輕了值機(jī)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了多播和少播的人為事故發(fā)生，降低了發(fā)射機(jī)停播率，達(dá)到了“不間斷、高質(zhì)量、即經(jīng)濟(jì)、又安全”的維護(hù)總綱和預(yù)期改造目的。

DX600發(fā)射機(jī)；自動(dòng)化系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的基本原則

（1）發(fā)揮PLC控制功能，實(shí)現(xiàn)DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化控制要求。（2）力求DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，維修方便。（3）保證DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全可靠。（4）DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化的發(fā)展，在PLCI/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量上適當(dāng)留有余地。（5）軟件設(shè)計(jì)，要求程序結(jié)構(gòu)清楚，可讀性強(qiáng)，程序簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，掃描周期短。

2 DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1，本自動(dòng)化系統(tǒng)由手動(dòng)、自動(dòng)兩部分構(gòu)成，手動(dòng)和自動(dòng)部分均在程序中完成。手動(dòng)部分保留原結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生任何變化，其功能主要是在運(yùn)行圖出現(xiàn)臨時(shí)變動(dòng)能及時(shí)手動(dòng)控制；自動(dòng)部分由兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成——上位機(jī)和下位機(jī)。為保證自動(dòng)和手動(dòng)部分相互獨(dú)立工作而不受影響，在觸摸屏電臺(tái)控制子菜單中，將遙控改為本地控制，發(fā)射機(jī)不能進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)/關(guān)機(jī)、切換中/高功率等操作，但節(jié)目源自動(dòng)切換和主/備泵切換以及模擬量采集和處理是正常的；當(dāng)自動(dòng)化控制設(shè)備出現(xiàn)故障或者是有臨時(shí)特殊的運(yùn)行指令要求，通過(guò)倒換開(kāi)關(guān)切至手動(dòng)狀態(tài)，即切斷自動(dòng)控制電源，甩掉自動(dòng)化設(shè)備，恢復(fù)手動(dòng)操作。圖1所示發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印、狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行設(shè)置、人工校時(shí)、數(shù)據(jù)查詢(xún)、故障報(bào)警等功能；UPS（不間斷供電）電源給下位機(jī)系統(tǒng)供電，保證自動(dòng)化安全可靠運(yùn)行；兩個(gè)PBLED板和電源顯示板、單/并機(jī)狀態(tài)、主/備水泵狀態(tài)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換板送PLC開(kāi)關(guān)量輸入模塊，各種模擬量信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的變送器送到模擬量輸入模塊。這些信號(hào)把處理后的信息通過(guò)PLC母板送到送到CPU模塊中，PLC對(duì)預(yù)設(shè)的程序通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出模塊發(fā)出指令，并通過(guò)繼電器去控制外設(shè)。

3 DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化控制線(xiàn)路

圖2所示自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制連線(xiàn)圖，可以看出PLC機(jī)柜是一個(gè)獨(dú)立的單元，DX-400中波發(fā)射機(jī)的PB1、PB2單元LED板和電源顯示板上故障指示以及開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)、并機(jī)/單機(jī)切換指示等信號(hào)，經(jīng)過(guò)電纜連接到PLC機(jī)柜上，經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換板送到PLC上的數(shù)字量輸入模塊進(jìn)行處理，PLC數(shù)字量輸出模塊通過(guò)+ 24V繼電器，將開(kāi)關(guān)機(jī)控制信號(hào)送到TCU機(jī)柜TCU接口板J104上，切換備份水泵信號(hào)送冷卻系統(tǒng)電源控制箱內(nèi)，節(jié)目源控制送節(jié)目源切換小盒內(nèi)。高、低壓表值、水溫、水壓、水流量、水箱水位、節(jié)目源信號(hào)、功放電壓、功放電流、功率、驅(qū)動(dòng)多用表等模擬量經(jīng)過(guò)相應(yīng)的變送器變換成4-20mA信號(hào)，送到PLC模擬量輸入模塊上，這些PLC模塊經(jīng)過(guò)CPU模塊控制，CPU模塊與工控機(jī)相連，傳遞控制和監(jiān)測(cè)信號(hào)。

圖2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制連線(xiàn)圖

4 編程軟件設(shè)計(jì)介紹

DX-6400自動(dòng)化系統(tǒng)軟件主要由上位機(jī)監(jiān)控軟件和下位機(jī)控制軟件組成。

4.1 上位機(jī)監(jiān)控軟件

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是在WIN2000操作系統(tǒng)上應(yīng)用Vsual Basic(簡(jiǎn)稱(chēng)VB)開(kāi)發(fā)出來(lái)的一款適合值班員的軟件，VB極大地簡(jiǎn)化了界面的設(shè)計(jì)，使程序員可直觀地設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的用戶(hù)界面，用戶(hù)在界面上的任何操作都自動(dòng)被映射到了相應(yīng)的處理代碼上。這樣，可以將精力集中在程序功能的實(shí)現(xiàn)上，不需像以前那樣需要耗費(fèi)大量的精力為界面編寫(xiě)代碼，通過(guò)控制其它應(yīng)用程序中的對(duì)象來(lái)借用它們的某些功能。該軟件適合值班員使用，通過(guò)此軟件，可使值班員更容易掌握發(fā)射機(jī)狀態(tài)、更易發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障。該軟件擁有多種外設(shè)驅(qū)動(dòng)能力，可直接對(duì)各種PLC和控制板卡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)有全面、完整的事物、報(bào)警等管理功能。

上位機(jī)軟件環(huán)境：

操作系統(tǒng)：WINDOWS98WINDOWSMEWINDOWS2000及以上版本；編程軟件：VISUAL BASIC6.0、ACCESS2000；美繪軟件：PHOTOSHOP、ACDSEE2.5、PROTEL98、FREEHAND90；通信協(xié)議：XON/OFF握手協(xié)議、TCP/IP通信協(xié)議；通信鏈路：上位機(jī)通過(guò)COM1串口用9芯通信屏蔽線(xiàn)與PLC的R232串口相連來(lái)完成上下位機(jī)的通信。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)建立。用VISUAL BASIC 6.0搭建一個(gè)平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建立以ACCESS2000為后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且數(shù)據(jù)庫(kù)具有基本的SQL功能和報(bào)表功能以及打印等數(shù)據(jù)處理功能，可以將報(bào)表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HTML文本還為今后數(shù)據(jù)的上傳建立接口。

（2）軟硬件的連接。利用VB6.0中的COMM。

4.2 下位機(jī)編程軟件

DX-400發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)邏輯功能主要是由下位機(jī)PLC來(lái)完成的，PLC將采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算后再進(jìn)行邏輯處理，得到的結(jié)果分兩路輸出：一路用來(lái)控制繼電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；一路用來(lái)傳給上位機(jī)進(jìn)行顯示。另外PLC還能接受上位機(jī)指令隨時(shí)改變自己的工作狀態(tài)來(lái)控制發(fā)射機(jī)的運(yùn)行，所以說(shuō)PLC是連接發(fā)射機(jī)與上位機(jī)紐帶，是硬件與軟件聯(lián)系的橋梁，是直接控制發(fā)射機(jī)的執(zhí)行者，在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。

C200HX可使用兩種編程器：C200H-PRO27-E和CQM1-PRO01-E。本系統(tǒng)采用編程器是CQM1-PRO01-E，這種編程器帶有一根2m長(zhǎng)的電纜。軟件平臺(tái)：WINDOW98（第二版）；編程軟件：ORMRON公司提供的Controller Programme Tools(CPT)；針對(duì)型號(hào)：C200HG-43-E型PLC的CPU；通信參數(shù)：Band Rate: 9600B/s；Stop Bit:2，Panty:even，Data length:7。通信參數(shù)是設(shè)定上下位機(jī)通信間隔，通信數(shù)率、字節(jié)寬度參數(shù)直接決定著上下位機(jī)通信方式。

5 DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試

DX-600發(fā)射機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試是開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)的軟件編程與硬件組裝完成后，便可進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試階段，系統(tǒng)調(diào)試的目的是檢查用戶(hù)系統(tǒng)中硬件與軟件設(shè)計(jì)中存在的缺陷和可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)問(wèn)題，以便完善設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)正常工作。

5.1 PLC程序調(diào)試

5.1.1 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試前工作內(nèi)容

為減少不必要的損失，在通電前進(jìn)行輸入電源的電壓檢查確認(rèn)，是否與原理圖所要求的電壓一致。對(duì)于PLC等電氣元件要認(rèn)真的執(zhí)行這一步驟，避免電源的輸入輸出反接對(duì)元件的損害。啟動(dòng)前檢查應(yīng)遵循以下步驟：（1）檢查處理器和I/O模塊，確定它們均安裝在正確的槽中，且安裝牢固。（2）檢查輸入電源，確保其正確連接到供電上，且系統(tǒng)電源布線(xiàn)合理，并連接到每個(gè)I/O機(jī)架上。（3）證實(shí)連接處理器和每個(gè)I/O機(jī)架的每根I/O通信電纜是正確的，依據(jù)I/O機(jī)架地址分配。（4）證實(shí)控制器末端的所有I/O導(dǎo)線(xiàn)連接正確且安全連在端子上，此過(guò)程包括使用I/O地址分配文件證實(shí)每根導(dǎo)線(xiàn)按該文件的指定連至每個(gè)端子。（5）證實(shí)輸出導(dǎo)線(xiàn)存在且正確連接在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備末端的端子上。（6）為盡可能安全，清除系統(tǒng)內(nèi)存中存貯的控制程序，暫時(shí)移走EEPROM芯片。（7）用事先編寫(xiě)好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€(xiàn)做掃描通電檢查來(lái)查找接線(xiàn)故障。（8）將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，逐條仔細(xì)檢查，改正寫(xiě)入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

5.1.2 模擬調(diào)試

模擬調(diào)試通過(guò)用編程軟件將輸出點(diǎn)強(qiáng)制ON/OFF，觀察控制柜內(nèi)對(duì)應(yīng)的PLC繼電器動(dòng)作是否正?；?qū)?yīng)接線(xiàn)端子上輸出信號(hào)狀態(tài)是否正確。根據(jù)自動(dòng)化邏輯原理圖，逐個(gè)檢查邏輯點(diǎn)。接通各輸入觸點(diǎn)，測(cè)試檢查輸入量的變化。為安全考慮，將主電路斷開(kāi)，確認(rèn)接線(xiàn)無(wú)誤后，再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶(hù)存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止。

5.1.3 聯(lián)機(jī)調(diào)試

確定程序的總體結(jié)構(gòu)：將系統(tǒng)的程序按工作方式和功能分成若干部份，如：公共程序、手動(dòng)/自動(dòng)程序等部份。手動(dòng)/自動(dòng)程序是不同時(shí)執(zhí)行的，所以用跳轉(zhuǎn)指令將它們分開(kāi)，用工作方式的選擇信號(hào)作為跳轉(zhuǎn)的條件，聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的PLC中。調(diào)試先從各功能單元入手，設(shè)定輸入信號(hào)，觀察輸出信號(hào)的變化情況。各功能單元調(diào)試完成后，再調(diào)試全部程序，調(diào)試各部分的接口情況，直到滿(mǎn)意為止。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，需將可編程控制器系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)隔離，可以切斷輸入/輸出模塊的外部電源，以免引起發(fā)射機(jī)動(dòng)作。程序調(diào)試過(guò)程中先發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，后進(jìn)行糾錯(cuò)?；驹瓌t是“集中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，集中糾正錯(cuò)誤。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。如果調(diào)試達(dá)不到要求，則對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。

5.2 自動(dòng)化系統(tǒng)抗干擾措施

中波發(fā)射臺(tái)由于其自身的工作特點(diǎn)造成電磁干擾的情況比較復(fù)雜，自動(dòng)控制設(shè)備在這樣的惡略環(huán)境下工作勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問(wèn)題。在硬件設(shè)計(jì)上，采取多項(xiàng)的抗干擾措施：（1）為保證電網(wǎng)饋電質(zhì)量，采用在線(xiàn)式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。（2）不同類(lèi)型的信號(hào)分別由不同電纜傳輸，所有電纜全部采用屏蔽電纜。信號(hào)電纜按照傳輸信號(hào)種類(lèi)分層鋪設(shè)，同電位電纜同編組同鋪設(shè)。（3）系統(tǒng)采用一點(diǎn)接地，接地線(xiàn)采用截面為22mm2的銅導(dǎo)線(xiàn)，接地總母線(xiàn)使用截面大于60mm2的銅排。實(shí)測(cè)接地極的接地電阻小于0.2Ω。

6 結(jié)論及待改進(jìn)的建議

本系統(tǒng)于在2008年4月20日順利投入試運(yùn)行，自運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)基本穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)大的問(wèn)題，有些問(wèn)題有待于今后不斷完善。通過(guò)設(shè)計(jì)安裝本系統(tǒng)，鍛煉了技術(shù)人員，有利于今后的安全播出工作。

上位機(jī)和PLC組成的控制方式采用“集中管理，分散控制”兩級(jí)分布式結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)提供良好的人機(jī)界面，進(jìn)行全系統(tǒng)監(jiān)控和管理。PLC作為下位機(jī)享有單獨(dú)測(cè)控權(quán)利，并進(jìn)行可靠有效分散控制。計(jì)算機(jī)與PLC通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳遞和交換。計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）用于編程、參數(shù)設(shè)定和修改，狀態(tài)數(shù)據(jù)的在線(xiàn)顯示，僅對(duì)發(fā)射機(jī)的升降功率部分控制，對(duì)其它的并沒(méi)有直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制，現(xiàn)場(chǎng)控制的執(zhí)行者是PLC；PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，具有完善的自診斷和恢復(fù)能力。即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，PLC亦能按照預(yù)設(shè)的參數(shù)和命令正常工作；用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，節(jié)省了大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器，控制線(xiàn)路中的各種自鎖互鎖等保護(hù)都可以通過(guò)軟件來(lái)完成。減少線(xiàn)路的復(fù)雜程度，體積緊湊，維護(hù)方便。另外，方便增加新的功能，使用靈活，所以大大的縮短了改進(jìn)周期。PLC在運(yùn)行的過(guò)程中，LED顯示出工作過(guò)程中關(guān)鍵點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)狀態(tài)，可以幫助用戶(hù)及時(shí)處理故障。

[1]OMROM公司，C200HX/C200HG/C200HE編程手冊(cè)，1997，1修訂.

[2]OMROM公司，C200HX/C200HG/C200HE安裝手冊(cè)，1997，1修訂.

[3]涂植英，何均正主編.自動(dòng)控制原理，重慶大學(xué)出版社，1993，8.

[4]陳立元等編，利用Visual Basic實(shí)現(xiàn)串行通信技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2000,7.

[5][美]Wayne Freeze著，Visual Basic數(shù)據(jù)庫(kù)編程寶典，電子工業(yè)出版社，2001.12.

[6][美]Evangelos Petroutsos著，Visual Basic6從入門(mén)到精通，電子工業(yè)出版社，1999.1.

[7]王衛(wèi)兵,高俊山等編著.可編程序控制器原理及應(yīng)用(第二版)機(jī)械工業(yè)出版社,2001,8.

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